Декодирование цветовой информации (Color Decoding)

Естественным для каждого дисплея является видео сигнал в формате RGB, определяющий, с какой интенсивностью светится каждый из трёх базовых цветов, смешением которых получается вся остальная палитра:

Однако, для снижения требований к скорости передачи данных, производится перекодировка сигнала RGB в форматы YPbBr (аналоговый), или YCbCr (цифровой). Эти форматы менее требовательны к пропускной способности интерфейса. После передачи сигнала в одном из этих форматов, перед отображением на экране происходит перекодировка обратно обратно в RGB формат. Имеются несколько различных стандартов кодирования/декодирования, и иногда плохая их реализации в устройстве может привести к неправильному декодированию цветовой информации. Обычно, в результате этих ошибок базовые цвета оказываются с неправильной яркостью, либо дополнительные — с неправильным оттенком. 

У всех дисплеев имеется возможность регулировки Цвета (Color) и Оттенка (Tint). По сути это – управление декодированием, хотя эффективность этих регулировок сильно ограничена по той причине, что «Цвет» регулирует яркость сразу ВСЕХ цветов, а «Оттенок» влияет на оттенки сразу ВСЕХ дополнительных цветов. Проблема заключается в том, что слишком уж часто дисплеи имеют ошибки декодирования, по-разному влияющие на разные цвета. К примеру, регулируя Цвет/Оттенок, можно получить правильную яркость синего и правильный оттенок зелёно-голубого(циана), но яркость зелёного и красного могут по прежнему быть неточны. Подрегулировав цвета, можно получить правильный красный, но тогда синий и зелёный окажутся неточными. Видите, в чём проблема? Её устраняет лишь полноценный набор инструментов для регулировки цветов, предлагающий отдельное управление цветом/оттенком для красного/мадженты и зелёного/жёлтого. После этого можно использовать основную регулировку Цвета/Оттенка, чтобы настроить синий/циан.

Что не так с описанием цветов у ISF?

Я прошёл обучение на семинаре ISF (Imaging Science Foundation) и думаю, что организация принесла огромную пользу, рассказывая публике о важности точного отображения изображений в видео. Однако, подход к цветам у них не всегда понятен.

Часто в литературе ISF можно найти заявление, что важные для качества изображения характеристики можно выстроить в следующем порядке:

1. Контрастность
2. Насыщенность цветов
3. Точность цветов
4. Разрешение

С таким положением разрешения и контрастности я могу согласиться, но что имеется в виду под «насыщенностью цветов» и «точностью цветов»? Как я объяснял ранее, все стандартные цветовые пространства имеют конкретные стандарты по насыщенности, цветовому тону и яркости. Таким образом, насыщенность – всего лишь один из аспектов, составляющих вместе точность цветов. Возможно, это связано с тем фактом, что многие предпочитают перенасыщенные базовые цвета. Если так, то это – одобрение неточной цветопередачи! Конечно, ISF имеют в виду не это.

Возможно, всё это относится к чисто субъективному качеству цветов, которое не определено количественно установленными стандартами. Однако, цвет – очень хорошо изученный феномен. Насколько мне известно, на свете не существует мало-мальски важного аспекта цвета, кроме насыщенности, тона и яркости.

Таким образом, «насыщенность цветов» — это либо вообще непонятно что, либо – нечто уже давно нам известное. Некоторые заявления, которые я слышал от сотрудников ISF, свидетельствуют в пользу последнего. Я думаю, что они могут иметь в виду цветовую яркость. Если так, то этот пункт — лишний, так как яркость – лишь один из аспектов точной цветопередачи.

Таким образом, рейтинг характеристик, важных для качества изображения по версии ISF сокращается до:

1. Контрастность
2. Точность цветов
3. Разрешение

Помимо прочего, полагаю, даже этот пересмотренный список не вполне правильный, так как в нём двух очень важных аспектов качества изображения: чёткости (sharpness) и чистоты (clarity) изображения. Они – не то же самое, что и разрешение. Дисплеи с разрешением 1920x1080 могут зачастую демонстрировать различные уровни чёткости и чистоты. Итак, что же означают эти два понятия?

• Резкость/чёткость (Sharpness) – свойство изображения, дающее объектам чётко обозначенные очертания. Не следует это путать с искусственным усилением резкости, которое часто приходится наблюдать при демонстрации DVD плохого качества с выставлением регулировки резкости дисплея на максимум. Это приводит к артефактам в виде колец и выделения краёв, делающих изображение хуже, а не лучше. Хороший пример резкости можно получить, сравнив хороший LCD телевизор или плазму с хорошим ЭЛТ телевизором. Последний может смотреться хорошо, но по резкости он не в состоянии соперничать с плазмой или LCD.
• Чистота (Clarity) – качество изображения, когда у него отсутствуют артефакты. Артефакты бывают самого различного типа и возникают по различным причинам, включая: плохую фокусировку объектива, плохую геометрию, плохое сведение, хроматические аберрации, кольцевидные артефакты, муар, дрожание линий, помехи/двоение и пр.

Какрва бы ни была причина, проблемы с чистотой изображения всегда подразумевают, что на экране появляется нечто дополнительное, чего там быть не должно, а проблемы с резкостью всегда предполагают, что устройство лишает изображение чего-то, что там должно быть.

Пожалуй, важность этих двух параметров лучше всего показывает такой пример: когда вы первый раз увидели хороший плазменный дисплей, на который отображается видео с качественного источника. Сравнивая с картинкой ЭЛТ телевизора, плазма может произвести изображение с поражающей чистотой и резкостью, что создаёт почти пугающее ощущение, будто смотрите в окно, с которым ЭЛТ телевизор не сможет соперничать. Примечательный для нашего разговора факт состоит в том, что ранние плазменные телевизоры обладали меньшим разрешением, значительно меньшей контрастностью и, зачастую, меньшей точностью цветов, чем ЭЛТ того времени, но при этом всё равно могли выглядеть лучше, иногда – намного лучше.

Ещё один момент, который имеет смысл рассматривать, особенно – при сравнении важности параметров резкости/чистоты и контрастности, состоит в постоянстве этих качеств. Резкость/чистота остаются решающим фактором в качестве изображения на протяжении всего времени. То же самое нельзя сказать о контрастности. На многие часто встречающиеся типы изображений контрастность дисплея влияет мало, например, на трансляции ярко освещённых спортивных матчей. Контрастность становится всё важнее по мере того, как изображение становится темнее, таким образом не являясь неизменно важным качеством изображения, хотя всё ещё очень важным: 

На изображениях справа контрастность уменьшена в одинаковой степени.

То же можно сказать и о точности цветов. Она – неизменное качество изображения. Если лица красные, а деревья сияют неоновым зелёным, то хорошая контрастность не поможет.

По этой причине, я бы выстроил элементы, влияющие на качество изображения, в следующем порядке:

1. Резкость/чистота
2. Точность цветов
3. Контрастность
4. Разрешение

Почему нельзя просто взять и скорректировать перенасыщенные цвета с помощью стандартной регулировки цвета?

Эта проблема возникает в связи с тем, что современные дисплеи зачастую отображают перенасыщенные цвета. Лучший пример этому – проекторы JVC RS1/2/10/15.

Не имея полноценной системы управления цветом, есть соблазн сгладить проблему путём понижения цветности с помощью стандартной регулировки. Небольшое снижение цветности  может немного помочь, но дальнейшее снижение, скорее всего, сделает цвета хуже, а не лучше. Почему? Причина в том, что, вопреки популярному мнению, регулировка цвета не создана для настройки насыщенности. Это – регулировка усиления цветовой составляющей сигнала, или цветности (Chroma gain). Итак, уменьшая/увеличивая Цвет (Color), вы изменяете Цветность, которая, хотя и связана с насыщенностью, ею не является.

Пожалуй, проще всего понять разницу на следующем примере: представьте себе кусок ярко-красной бумаги, освещённый интенсивным светом, после этого представьте себе его же под более блёклым освещением. По мере того, как вы будете менять условия освещения, красный будет казаться более цветным или менее цветным. Это – цветность. При этом, насыщенность красного цвета не меняется, даже при резком изменении яркости освещения. Она не поменяет своего места на CIE диаграмме, несмотря на то, что станет более блёклой.

Что интересно, обратное утверждение не истинно. Если вы понижаете насыщенность, то цветность уменьшается приблизительно в той же степени. Менее насыщенный красный цвет выглядит пропорционально менее цветным, но при этом менее цветной красный не обязательно в той же степени менее насыщен. Посмотрите на нижеследующие примеры:

Пример 1: Изменение цветности

Пример 2: Изменение насыщенности

Первый пример демонстрирует эффект от изменения регулировки Цветности. Если вы опустите Цветность до нуля, то ваш кусок красной бумаги/ткани потеряет всю цветность (и насыщенность), сохранив лишь некоторый уровень остаточной яркости в виде оттенка серого.

Второй пример демонстрирует то, что происходит при понижении насыщенности при использовании системы управления цветом. Яркость остаётся относительно неизменной (хотя может чуть-чуть увеличиться), но при этом Цветность также может уменьшаться.

Это должно прояснить, почему снижение уровня цветности не является правильной стратегией работы с перенасыщенными цветами, так как происходит то, что изображено на 1 примере, а именно: будет снижена не только насыщенность цветов, но и в очень большой степени – их яркость. А нам нужно то, что смоделировано на рисунке 2.

Однако, регулировка цветности ЯВЛЯЕТСЯ хорошим инструментом для корректировки проблем с декодированием цвета. К сожалению, она одинаково влияет на все цвета, тогда как обычно требуется регулировка по каждому цвету отдельно.